DE69808013T2

DE69808013T2 - Mehrfach verschliessende Düse

Info

Publication number: DE69808013T2
Application number: DE69808013T
Authority: DE
Inventors: Robert Domenic Sicilia
Original assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Current assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: US5972258A; EP0911137A2; DE69808013D1; AU741031B2; ATE224282T1; CA2247867C; US6276914B1; EP0911137B1; EP0911137A3; AU8717698A; CA2247867A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum angusslosen Spritzen, versehen mit einem Ventileinguss zum Ermöglichen des Steuerns von mindestens zwei Eingüssen in einer einzigen Düse. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen von Hohlartikeln und Vorformlingen zum Blasformen, die eine lagenförmige Wandstruktur aufweisen.
Diese Erfindung betrifft Spritzdüsen, die verwendet werden, um Kunststoffmaterial in den Hohlraum einer Norm zu spritzen. Solche Düsen empfangen geschmolzenes Kunststoffmaterial von einer Spritzgussmaschine und leiten dieses durch einen Durchgang, der Einguss genannt wird, in einen Formenhohlraum. Es gibt zwei Verfahren für diesen Transfer: thermisches oder offenes Eingießen und ventilgesteuertes Eingießen.
Beim thermischen Eingießen ist der Einguss ein offenes Loch, durch das Kunststoff während des Spritzens von Kunststoffmaterial hindurchgehen kann. Der Einguss wird am Ende des Spritzzyklus schnell gekühlt, um das Kunststoffmaterial, das in dem Einguss verbleibt, "einzufrieren", damit es als ein Stöpsel wirkt, um ein Fließen von Kunststoffmaterial in den Formenhohlraum zu verhindern, wenn die Form zum Ausgeben der Teile geöffnet ist. Beim nächsten Spritzzyklus wird das Kühlen des Eingusses beendet und heißes Kunststoffmaterial schiebt den Stöpsel in den Formenhohlraum, wo er schmilzt und sich mit dem neuen Schmelzstrom vermischt.
Beim ventilgesteuerten Einguss ist das Öffnen und Schließen des Eingusses unabhängig von dem Spritzdruck und/oder dem Kühlen und wird mechanisch mit einem Stift erreicht, der vor und zurück wandert, um den Einguss zu öffnen und zu schließen.
Im Allgemeinen wird der ventilgesteuerte Einguss gegenüber dem thermischen Einguss bevorzugt, da die Eingussstelle, die durch den ventilgesteuerten Einguss an dem gefertigten Spritzteil zurückbleibt, wenn das Spritzen beendet ist, viel kleiner ist als dasjenige, das durch den thermischen Einguss entsteht. Es können auch größere Eingüsse in ventilgesteuerten Eingusssystemen verwendet werden, was zu einem schnelleren Füllen der Formenhohlräume und daher zu kürzeren Formzykluszeiten führt.
Einige Nachteile sind jedoch häufig mit ventilgesteuerten Eingüssen verbunden. Diese Nachteile beinhalten "Schweißnähte", was Bereiche sind, wo mehrere Schmelzflussfronten aufeinander treffen, und den Verschleiß des Ventilschafts. Schweißnähte neigen dazu, eine Schwäche oder den Verlust von mechanischer Festigkeit in das gefertigte Teil einzubringen und entstehen dadurch, dass der Ventilschaft von dem Kunststoffmaterial umgeben ist, was den Schmelzfluss teilt, der später wieder an dem Ende des Schafts zusammengeführt wird, und dieses erneute Zusammenführen des Stroms führt zu Schweißnähten. Somit besteht ein Bedarf an einem Eingussaufbau, der es ermöglicht, dass der Schmelzstrom, oder die Ströme im Fall von zwei oder mehr Kunststoffmaterialien, getrennt bleiben, während sie immer noch durch einen gemeinsamen Ventilschaft gesteuert werden.
Der Ventilschaft unterliegt auch einer Abnutzung durch mechanische Belastung wegen der Schaftablenkung durch die einströmende, unter Druck stehende Schmelze, und durch Wärmebeanspruchung wegen des ständigen Kontakts mit der Schmelze. Dieser Verschleiß wird in Fällen verschärft, in denen die verstärkten Kunststoffmaterialien, d. h. diejenigen, die Glas oder andere Fasern oder Materialien enthalten, eingespritzt werden. Somit besteht ein Bedarf an einem Eingussaufbau, der den Verschleiß des Ventilschafts mindert.
Das Spritzen von zwei oder mehr getrennten Schmelzströmen in einen Formenhohlraum, ob gleichzeitig oder nacheinander, wird als Mehrkomponenten-Spritzen bezeichnet und führt zu lagenförmigen Wandstrukturen in Hohlartikeln und Blasform-Vorformlingen. Der Stand der Technik beinhaltet eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen zum Formen von Spritzartikeln aus einer Vielzahl von Kunststoffmaterialien durch Mehrkomponenten-Spritzen. Zum Beispiel zeigen die US-Patente mit den Nummern 5.028.226 und 4.717.324 Vorrichtungen bzw. Verfahren zum gleichzeitigen und aufeinander folgenden Mehrkomponenten-Spritzen. Beide Patente zeigen eine Düse, die jedem Formenhohlraum zugeordnet ist, wobei der Hohlraum gefüllt wird, indem zwei oder mehr Harze durch einen einzigen Einguss gespritzt werden.
Bei den in jedem Patent gezeigten Systemen wird ein Ventilschaft verwendet, um zu verhindern, dass Harz durch den Einguss fließt, nachdem das Spritzen beendet ist. Bei diesen Systemen sind die Heißkanaldüsensysteme, die verwendet werden, um die verschiedenen Harze aus ihrer Quelle zum Befördern in die Formenhohlräume zu empfangen, sehr kompliziert. Folglich führen solche Heißkanaldüsensysteme zu Formenkonstruktionen, die nicht kompakt sind und dadurch sind weniger Hohlräume und weniger Artikel möglich, die innerhalb eines gegebenen Raums in einer Formmaschine geformt werden können.
Das UK-Patent Nr. 1.369.744 offenbart ein aufeinander folgendes Mehrkomponenten-Spritzgusssystem unter Verwendung von separaten Kanälen, die üblicherweise als Speiserinnen bezeichnet werden, für jeden Schmelzstrom, und Pendelschieber, die als Ventilschafte dienen, um die Verbindung zwischen der Spritzmaschine und den Rinnen zu öffnen und zu schließen. Diese separaten Schmelzrinnen laufen jedoch vor dem Spritzen in einen einzigen gemeinsamen Eingussbereich zusammen, so dass ein gewisses Potenzial zur Verunreinigung zwischen den Strömen besteht. Ferner werden die Schieber hydraulisch betätigt, was die Komplexität der Düse erhöht und das Risiko des Leckens von hydraulischer Flüssigkeit und so des Verunreinigens der Ströme birgt.
Das US-Patent Nr. 4.470.936 offenbart auch ein aufeinander folgendes Mehrkomponenten-Spritzgusssystem unter Verwendung von separaten Speiserinnen für jeden Schmelzstrom, wobei jede Speiserinne unabhängig voneinander erwärmt wird und zu einem gemeinsamen Einguss zusammenläuft. In diesem System schaltet eine Pendelkugel oder ein Dreheinguss den Fluss des Materials von einer Speiserinne zu der anderen. Dieses System unterliegt auch dem Potenzial der Verunreinigung zwischen den Strömen, wie oben bei dem UK-Patent 1.369.744 beschrieben. Dies ist ein besonderes Problem, da ein Verschleiß der Pendelkugel oder des Dreheingusses bei normalem Gebrauch wahrscheinlich ist.
Die DE-A-39 16 674 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spritzen von mindestens zwei Materialien in eine Form. Die Vorrichtung weist zwei separate Spritzdüsen auf, die zusammenmontiert sind, um einen einzigen Spritzkopf zu bilden. Jede der Spritzdüsen weist einen individuellen Einguss und einen beweglichen Ventilschaft auf, der diesem Einguss zugeordnet ist, zum Öffnen oder Schließen des Eingusses gemäß dem Spritzzyklus. Das in diesem Dokument offenbarte Verfahren weist das anschließende Spritzen von Kunststoffmaterialien durch die verschiedenen Spritzdüsen in die verschiedenen Kanäle des Einspritzteils der Form auf.
Das US-Patent Nr. 5.651.998, das auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung überschrieben wurde, offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum entweder aufeinander folgenden oder gleichzeitigen Mehrkomponenten-Spritzen unter Verwendung von zwei gegenüberliegenden Spritzdüsen auf der Kern- bzw. der Hohlraumseite der Form. Obwohl sie wirksam ist, erfordert diese Anordnung eine zusätzliche Spritzdüse, die auch Harz von einer Spritzeinheit auf der gegenüberliegenden (beweglichen) Formkernhälfte empfangen muss. Diese Anordnung erhöht erheblich den Raumbedarf für die Form und könnte in manchen Anwendungen inakzeptabel sein.
Das US-Patent Nr. 5.125.816 ist dahingehend dem US-Patent Nr. 5.651.998 ähnlich, dass ein aufeinander folgendes Mehrkomponenten-Spritzen durch gegenüberliegende Eingüsse sowohl an dem Formkern als auch dem Formenhohlraum erreicht wird. Bei dieser Anordnung ist jedoch die bewegliche Formhälfte mit Gleitkernen versehen, die rohrförmige Durchgänge zum Zuführen von Harz zu einer Hälfte des Spritzteils enthält. Diese Gleitkerne bewegen sich über Hydrozylinder, um sekundäre Formenhohlräume abzugrenzen, die wiederum durch Eingüsse an der gegenüberliegenden Formhälfte gefüllt werden. Dieses System unterliegt Nachteilen wegen seiner Komplexität, den zusätzlichen Anforderungen an die Formenteile, einschließlich der zuvor genannten Gleitkerne und zusätzlicher Spritzdüsen, und der Notwendigkeit, bei der Herstellung besonders auf enge Toleranzen zu achten.
Das US-Patent Nr. 3.873.656 zeigt eine Mehrkomponenten-Spritzvorrichtung, in der mindestens zwei Kunststoffe durch verschiedene Eingüsse unter Verwendung eines ventilgesteuerten Eingusssystems in einen Formenhohlraum gespritzt werden. Dieser Aufbau ist nur zum Formen von sehr großen Kunststoffartikeln geeignet. Auch verfügt das gelehrte Heißkanaldüsensystem nicht über die Fähigkeit, eine separate Temperatursteuerung der verschiedenen Harztypen zu ermöglichen, was von Natur aus die Vielfalt von Harzen begrenzt, die zusammen in einem System verwendet werden können. Außerdem wird der Fluss jedes Harzes nicht in dem ganzen Teilsymmetrisch, sondern im Bereich des Eingusses unsymmetrisch sein, da die Eingüsse weit voneinander entfernt sind.
Das US-Patent Nr. 4.289.191 zeigt das Spritzgießen von geschmolzenem Wachs in eine Präzisionsmetallmatrize, wo Hohlteile mit äußerst engen Toleranzen von ± 0,012 mm geformt werden. Der Wachsstrom fließt von einer Düse mit einer zentralen Bohrung zu einem Hohlraum oder Raum, der zwischen der Düsenspitze, die einen Entlastungskanal aufweist, und der Muffe des Äußeren der Matrize gebildet ist, und dann in zwei oder mehrere separate Angusseinlässe, die in den Formenhohlraum führen. Die Steuerung des Wachsflusses erfolgt durch einen einziehbaren Kolben in der Düse, der wie ein herkömmlicher Ventilschaft funktioniert. Obwohl mehr als eine Angussöffnung verwendet wird, um der Form Material zuzuführen, sind diese Öffnungen dem Ventil in der Düse nachgeschaltet. Auch behindert der Ventilschaft den Schmelzfluss, indem er sich in der Mitte des Schmelzflusses befindet, was zu Schweißnähten führt. Schließlich wird keine Vorkehrung für das Spritzen von zwei oder mehreren separaten Harzen durch die zwei oder mehreren Angussöffnungen getroffen, daher kann dieses Verfahren nicht für Zwecke des Mehrkomponenten-Spritzens verwendet werden.
Das US-Patent Nr. 5.645.874 zeigt eine mehrfach verschließende Düse, bei der jede Düse, die einem jeweiligen Einguss zugeordnet ist, mit einem individuellen Heizer ausgerüstet ist, um einen unabhängigen Wärmeanguss zu ermöglichen. Bei dieser Anordnung speist ein zentraler Flussdurchgang eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Zweigdurchgängen, die zu jedem jeweiligen Einguss führen, und kann als solcher nicht mehrere Quellen für Harz oder gar einen aufeinander folgenden Schmelzfluss unterbringen, und daher kann sie nicht für Zwecke des Mehrkomponenten-Spritzens verwendet werden.
Das US-Patent Nr. 4.702.686 zeigt eine Düse, in der eine konisch zulaufende Platte vor der Düsenspitze und dem Einguss einen zentralen Flusskanal in zwei Teilkanäle teilt. Diese Düse kann nicht die separaten, verschiedenen Harzquellen unterbringen, die für Zwecke des Mehrkomponenten-Spritzens notwendig sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Spritzen von wenigstens zwei Kunststoffmaterialien in einen Formenhohlraum zur Verfügung zu stellen, die zumindest einen der Nachteile des Stands der Technik vermeiden oder mindern.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe im Allgemeinen durch ein Verfahren des Mehrkomponenten-Spritzens von mindestens zwei verschiedenen Kunststoffmaterialien angegangen, um einen Artikel mit angrenzenden Abschnitten der verschiedenen Kunststoffmaterialien unter Verwendung einer Spritzgussmaschine mit Heißkanaldüse mit einem separaten Kanal für jedes Material zu formen, wobei ein Ende jedes Kanals mit einem separaten Einguss in Verbindung steht, um eine Spritzgussform zu speisen, wobei das Verfahren aufweist:
(i) Erwärmen der Kunststoffmaterialien in ihren separaten Kanälen oder Lagerbereichen;
(ii) Spritzen einer ausgewählten Menge eines ersten Kunststoffmaterials aus einem ersten Kanal durch einen ersten Einguss in die Spritzgussform;
(iii) Spritzen einer ausgewählten Menge eines zweiten Kunststoffmaterials aus einem zweiten Kanal durch einen zweiten Einguss in die Spritzgussform, wobei der zweite Einguss von dem ersten Einguss durch eine Eingusstrenneinrichtung getrennt ist;
(iv) Bewegen eines Ventilschafts nach vorne, um jeden der Eingüsse zu schließen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch 13 vorgesehen.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung gemäß Anspruch 14 vorgesehen.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung gemäß Anspruch 18 vorgesehen.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Düse für Kunststoff-Spritzgussmaschinen zur Verfügung, durch die Flussstörungen und die resultierenden Schweißnähte, die normalerweise in bekannten ventilgesteuerten Eingusssystemen auftreten, verringert werden. Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Spritzgusssystem und ein Spritzgussverfahren zur Verfügung, die relativ einfache Konstruktionen der Düse und Heißkanaldüse verwenden. Die vorliegende Erfindung schafft auch ein raumeffizientes Spritzgusssystem für mehrere Materialien zum wirksamen Formen einer Vielzahl von Artikeln in einer Form mit mehreren Hohlräumen. Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Spritzgusssystem und ein Spritzgussverfahren zur Verfügung, in dem Eingüsse verschiedener Größen in einer einzigen Spritzdüse untergebracht werden können, wobei jede Eingussgröße gemäß der Viskosität des besonderen durch diese fließenden Kunststoffmaterials ausgewählt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung zum angusslosen Spritzen zur Verfügung, die mit einem Ventileingussaufbau, einschließlich mindestens zweier Schmelzströme, die an dem Rand des Formenhohlraums durch eine Eingusstrenneinrichtung getrennt werden, eines Ventilschafts, der hin- und herbewegt werden kann, und mindestens zweier Eingüsse, die durch den Ventilschaft geöffnet und geschlossen werden, versehen ist.
Die vorliegende Erfindung wird nun nur beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Heißkanaldüsenaufbaus für einen Formenhohlraum ist, wobei zwei separate Kunststoffmaterialien der Düsenspitze zugeführt und durch einen einzigen Ventilschaft gesteuert werden;
Fig. 2 eine erweiterte Ansicht des Düsenaufbaus von Fig. 1 ist;
Fig. 3 ein Satz von Schnittansichten eines Spritzartikels ist, die die lagenförmige Wandstruktur nach dem ersten, zweiten und dritten Spritzvorgang von Kunststoffmaterial zeigen;
Fig. 4a eine Seitenansicht eines Düsenaufbaus mit drei Eingüssen gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4b ein Schnitt des Düsenaufbaus von Fig. 4a entlang der Linie A- A von Fig. 4a ist;
Fig. 4c ein Schnitt des Düsenaufbaus von Fig. 4a entlang der Linie B- B von Fig. 4a ist;
Fig. 5a eine Seitenansicht eines Ventilschafts für den Düsenaufbau von Fig. 4a ist; und
Fig. 5b eine Seitenansicht des Ventilschafts von Fig. 5a ist.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines Ventileingussaufbaus und einer Spritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen bei 20 gezeigt, der in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Mehrkomponenten-Spritzgusssystem mit Heißkanaldüse ist, bei dem zwei Kunststoffmaterialien untergebracht sind. Ein Kunststoffmaterial wird aus einer Quelle, aufweisend einen Extruder 24, vorgesehen, und das andere Kunststoffmaterial wird von einem separaten Extruder (nicht gezeigt) vorgesehen. Wie sie hier verwendet werden, sollen verschiedene Kunststoffmaterialien nicht auf verschiedene Materialzusammensetzungen, wie zum Beispiel PET gegenüber EVOH, begrenzt sein, sondern können auch ohne Begrenzung Materialien aufweisen, die im Allgemeinen die gleiche Zusammensetzung, jedoch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel PET in verschiedenen Farben oder neues PET gegenüber recyceltem PET, aufgeschäumte Kunststoffmaterialien gegenüber nicht aufgeschäumten Kunststoffen, usw.
In diesem Beispiel wird der mit dem Extruder 24 verbundene Abschnitt des Heißkanaldüsensystems durch geeignete Heizer auf eine wohl bekannte Art auf einer Temperatur im Bereich von 260ºC bis 290ºC (500º bis 550ºF) gehalten, was die optimale Verarbeitungstemperatur für ein thermoplastisches Harz, wie zum Beispiel Polyethylenteraphthalat, oder PET, ist. Umgekehrt wird der Abschnitt des Systems, der in gestrichelten Linien gezeigt und mit dem zweiten Extruder verbunden ist, auf einer anderen Temperatur gehalten, wie zum Beispiel im Bereich von 200ºC bis 230ºC (400º bis 440ºF), was die optimale Verarbeitungstemperatur für ein thermoplastisches Harz, wie zum Beispiel EVOH, ist. Es sei angemerkt, dass die ausgewählten Kunststoffmaterialien und ihre optimalen Verarbeitungstemperaturen nur Beispiele der vorliegenden Erfindung sind und ihre Verwendung in der vorliegenden Beschreibung nicht als eine Begrenzung der vorliegenden Erfindung gedacht ist.
Ein zentraler Verteilerblock 51 wird durch Heizelemente 52 auf einer Betriebstemperatur im Bereich von 260ºC bis 290ºC (500º bis 550ºF) gehalten und empfängt aus dem Extruder 24 durch die Kanäle 53 und 54 plastifiziertes Harz. Ein Kolben- oder Drehventil 56 ist mit dem Kanal 54 verbunden und wird durch einen Verbindungsmechanismus 57 betrieben und steuert das Laden des Speichers 58 des Schusstopfes, oder Spritzzylinders, 59, der mit einem Spritzkolben oder Ladekolben 61 ausgerüstet ist. Das Ventil 56 ist mit einer Querdurchbohrung 62 gebildet und in Fig. 1 in der geschlossenen Position gezeigt.
Nun in Bezug auf die Fig. 1 und 2 steht der Speicher 58 mit einem Düsenaufbau 64 über den Kanal 63 in Verbindung. Heizelemente 52 halten die gewünschte Verarbeitungstemperatur des Kanals 63, während das PET oder ein anderes Kunststoffmaterial durch den Kanal 90 des Düsenaufbaus 64 zu einem Einguss 76a fließt. Wie gezeigt, ist der Einguss 76a von einem angrenzenden Einguss 76b durch eine Eingusstrenneinrichtung getrennt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung liegt die Eingusstrenneinrichtung in Form eines Vorsprungs 86 vor, der teilweise den zentralen Ventilschaft 83 überlappt, der in diesen Figuren in der eingezogenen Position gezeigt ist.
Diese teilweise Überlappung des Ventilschafts 83 und des Vorsprungs behindert jegliche Probleme der seitlichen Ausrichtung, die normalerweise auftreten könnten, wenn sich der Schaft über Millionen von Spritzzyklen unter sehr hohen Spritzdrücken über 1,4·10&sup8; Pa (zwanzigtausend Psi) in Längsrichtung rückwärts und vorwärts bewegt. Während die Überlappung zwischen dem Vorsprung 86 und dem Schaft 83 bevorzugt ist, ist sie nicht wesentlich für die Erfindung und, wie es die Fachleute der Technik verstehen werden, muss die Eingusstrenneinrichtung kein Vorsprung sein und kann statt dessen jede geeignete Sperre zwischen den Eingüssen 76 sein.
Wie am Besten in Fig. 1 zu sehen, ist ein Verteilersegment 65 sicher an dem Verteilerblock 51 befestigt und wird durch Elemente 66 erwärmt, um die optimale Temperatur (260ºC bis 290ºC (400º bis 440ºF)) in der Heißkanaldüse zu halten, die den zweiten Extruder (nicht gezeigt) mit dem Kanal 67 und einem Speicher 68 eines zweiten Schusstopfes 69 verbindet, der mit einem Spritz- oder Ladekolben 71 ausgerüstet ist. Auch hier steuert ein Kolben- oder Drehventil 72 (in Fig. 1 in der geschlossenen Position relativ zum Kanal 67 gezeigt) das Laden des Speichers 68. In der geschlossenen Position des Kolbenventils 72 steht der Speicher 68 mit dem Düsenaufbau 64 über einen Kanal 70 durch einen Ausschnitt 75 in Verbindung. Wenn das Kolbenventil 72 geöffnet ist, ist der Kanal 70 geschlossen und ein Verbindungsmechanismus 85 ist in Betrieb, um das Ventil 72 zu drehen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, beinhaltet der Düsenaufbau 64 einen zentralen Zapfen 73 in thermischer Berührung mit dem Verteilerblock 51 direkt angrenzend an die lokalen Heizelemente 52, und der Zapfen 73 ist vorzugsweise aus einem guten metallischen Wärmeleiter, wie zum Beispiel Berylliumkupfer, gefertigt. Der Zapfen 73 wird durch minimale Tragflächen 77, 78, die am Besten in Fig. 2 zu sehen sind, in einem Gehäuse 79 getragen und dies ist von dem Zapfen 73 entlang im Wesentlichen seiner gesamten Länge beabstandet, um einen isolierenden Luftzwischenraum 81 zu bilden. Der Luftzwischenraum 81 hemmt die Wärmeleitung von dem Zapfen 73 zum Gehäuse 79, um die gewünschte Verarbeitungstemperatur, die durch die Heizeinrichtung 82 gesteuert wird, zu halten, während das Kunststoffmaterial, wie zum Beispiel EVOH, durch den Kanal 80 des Gehäuses 79 zum Einguss 76b fließt.
Die Größe jedes der Eingüsse 76a und 76b kann wie gewünscht gewählt werden, und zwar weitgehend unabhängig von dem anderen der Eingüsse 76a und 76b, was in Situationen vorteilhaft ist, in denen die Viskositäten der verschiedenen Harzströme sich erheblich unterscheiden oder in denen eine erheblich größere Menge eines Materials als die des anderen in einem Spritzzyklus gespritzt werden soll.
Somit ist es offensichtlich, dass der Düsen- und Ventileinguss und das Heißkanaldüsensystem der vorliegenden Erfindung dahingehend wirksam sind, verschiedene optimale Verarbeitungstemperaturen, die für zwei verschiedene Kunststoffmaterialien geeignet sind, von der Quelle der Kunststoffmaterialien bis zu den Düseneingüssen zu halten.
Wie für die Fachleute der Technik offensichtlich sein wird, berühren die Kunststoffmaterialien, da das Kunststoffmaterial den Eingüssen 76a und 76b über die Kanäle 80 bzw. 90 zugeführt wird, den Großteil des Schafts 83 nicht und somit wird der Verschleiß des Schafts 83 im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen verringert.
Ein bevorzugtes Betriebsverfahren wird nun anhand des oben beschriebenen Beispiels mit PET und EVOH beschrieben. Um das Heißkanaldüsensystem anfangs vorzubereiten, werden der Extruder 24 und der zweite Extruder, einschließlich ihrer jeweiligen zusammenarbeitenden Schusstöpfe 59 und 69, gereinigt und die Extruder werden in eine Betriebsposition relativ zu ihren jeweiligen Verteilern bewegt. Wenn der Ventilschaft 83 und die Kolbenventile 56 und 72 in der geöffneten Position sind, werden die Schusstopfspeicher 58 und 68 mit PET bzw. EVOH-Material geladen. Als nächstes wird der Ventilschaft 83 durch einen Kolben 84 geschlossen und ausgespültes Harz in dem Formenhohiraum wird entfernt.
Danach wird die Form geschlossen und verkeilt, der Ventilschaft 83 wird geöffnet und der folgende Ablauf wird durchgeführt. Als erstes wird das Kolbenventil 56 geschlossen und der Spritzkolben 61 wird vorgeschoben, bis er an dem durch das Bezugszeichen 100 angezeigten Punkt anstößt, wobei er eine gemessene Menge an PET durch den Kanal 63 und den Einguss 76a, der von dem angrenzenden Einguss 76b durch einen Vorsprung 86 getrennt ist, in den Formenhohlraum ausgibt. Dies stellt den ersten Schuss von PET in den Formenhohlraum dar, wie schematisch bei F in Fig. 3 gezeigt.
Der Kolben 61 wird vorne gehalten (in seiner anstoßenden Position 100) und blockiert den Zugang zu dem Speicher 58, um einen Rückfluss von der PET-Verbindung von dem Kanal 63 in den Speicher 58 zu verhindern. Das heißt, der Kolben 61 wird in der anstoßenden Position gehalten, um den Zugang zu dem Speicher 58 zu blockieren, da bei dem anschließenden Betrieb des Kolbens 71, um EVOH einzuspritzen, der EVOH-Einspritzdruck dazu neigen würde, PET von dem Kanal 63 zurück in den Speicher 58 zu drängen.
Als nächstes wird das Kolbenventil 72 gegenüber dem zweiten Extruder geschlossen und zum Kanal 70 geöffnet. Der Spritzkolben 71 wird bewegt, bis er bei 101 anstößt und gibt somit eine gemessene Menge an EVOH durch den Kanal 70 und den Einguss 76b in den Hohlraum aus. Dies stellt den ersten Schuss von EVOH in den Formenhohlraum dar (zweiter Harzschuss), um die dreilagige Wand, die schematisch bei S in Fig. 3 gezeigt ist, zu entwickeln. Wie offensichtlich sein wird, ist das Volumen des ersten und des z weiten Harzschusses kleiner als das Gesamtvolumen des Formenhohlraums.
Als nächstes wird der Kanal 70 durch eine angemessene Drehung des Kolbenventils 72 geschlossen, und das Kolbenventil 56 wird geöffnet, wodurch der Extruder 24 das Füllen des Formenhohlraums mit PET abschließen und das Spritzteil verdichten kann, während der Kolben 61 in Anlage bleibt und den Zugang zu dem Speicher 58 blockiert. Dieser Schritt stellt den zweiten Schuss von PET dar (dritter Harzschuss), um eine fünflagige Wand, wie schematisch bei T in Fig. 3 gezeigt, zu entwickeln. Somit wird eine fünflagige Wandstruktur unter Verwendung von zwei Harzen gespritzt.
Nachdem das Verdichten abgeschlossen ist, wird der Ventilschaft 83 nach vorne zu der geschlossenen Position bewegt, wo er beide Eingüsse 76a und 76b blockiert, und der Kolben 61 kann sich nun frei bewegen. Der Extruder 24 wird betrieben, um den Speicher 58 des Schusstopfes 59 neu zu laden und verdrängt den Kolben 61, bis er einen Spritzanschlag 5a berührt, der in Fig. 1 gezeigt ist. Durch die Positionierung des Anschlags 5a wird die Menge des in den Speicher 58 eingeführten PETs gesteuert und gemessen.
Auf ähnliche Weise wird durch den Spritzanschlag 5b die Menge des in den Speicher 68 eingeführten EVOHs gesteuert und gemessen. Während des Verlaufs des Verdichtens des Formenhohlraums wird der Speicher 68 wieder geladen, indem das Kolbenventil 72 geöffnet wird, um es dem zweiten Extruder zu ermöglichen, den Kolben 71 zu verdrängen, bis der Kolben seinen Spritzanschlag 5b berührt, und er lädt somit den Speicher 68 mit einer gemessenen Menge der EVOH-Verbindung. Nach einem geeigneten Kühlintervall wird die Form geöffnet und der Artikel wird durch eine bekannte Einrichtung ausgeworfen. Der obige Zyklus kann dann kontinuierlich und automatisch wiederholt werden, um weitere lagenförmige Artikel zu erzeugen.
Es wird auch in Betracht gezogen, dass Artikel mit zwei oder mehr Materiallagen mit der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können, wobei eine der Lagen ein aufgeschäumtes Material aufweist. Zum Beispiel kann ein erstes Kunststoffmaterial, wie zum Beispiel ein Copolymer von Ethylen und Vinylacetat, in die Form eingespritzt werden, um die Außenlage des Endartikels zu bilden, und ein zweites Kunststoffmaterial, wie zum Beispiel Polypropylen, wird dann eingespritzt, um einen aufgeschäumten Kern zu bilden. Eine weitere Schicht des ersten Kunststoffmaterials kann dann eingespritzt werden, um das aufgeschäumte Material zwischen den Schichten des ersten Materials sandwichartig einzuschließen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das gleichzeitige Spritzen von zwei oder mehreren verschiedenen Materialien auch mit der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann. Dies ermöglicht zum Beispiel die Herstellung von Artikeln aus PET-PEN-Harzmischungen.
Wie den Fachleuten der Technik klar sein wird, muss die vorliegende Erfindung nicht auf Düsen- und Ventileingusskonstruktionen mit nur zwei Eingüssen begrenzt sein und kann statt dessen drei oder mehr Eingüsse beinhalten, falls gewünscht. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in den Fig. 4a, 4b und 4c gezeigt ist, ist ein Düsenaufbau gezeigt, in dem drei separate Eingüsse drei verschiedene Kunststoffmaterialien in einen Formenhohlraum zuführen. In dieser Ausführungsform können die Eingüsse 200, 204 und 208, die in Fig. 4a gezeigt sind, unterschiedliche Größen oder die gleiche Größe (nicht gezeigt) haben und jeder Einguss ist von den anderen beiden durch einen Vorsprung 212 getrennt, der am Besten in den Fig. 4b und 4c zu sehen ist.
Fig. 4a zeigt die kuchenförmige Anordnung der drei Düsenabschnitte 216, 220 und 224 mit Isolierplatten 228a, 228b und 228c, die aus einem Material gefertigt sind, das den Fachleuten in der Technik geeignet erscheint. Die Platten 228 trennen jeden Düsenabschnitt 216, 200 und 224, um verschiedene thermische Profile für jeden Typ des Kunststoffmaterials zu erhalten, der zu jedem Einguss 200, 204 und 208 transportiert wird, wie durch die Eigenschaften von besonderen Materialien bedingt.
Die Fig. 5a und 5b zeigen einen Ventilschaft 240 für den Düsenaufbau der Fig. 4a, 4b und 4c und den Schütz 244, in den der Vorsprung 212 eingreift, wobei der Schlitz 244 zwischen Stiften 248, 252 und 256 abgegrenzt ist, die jeweilige Eingüsse 200, 204 und 208 schließen, wenn der Schaft 240 zum Vorsprung 212 vorgeschoben wird. Während die obige Besprechung nur einen einzigen Schaft in dem Düsenaufbau beschrieben hat, wird in Betracht gezogen, dass unter manchen Umständen mehr als ein Ventilschaft in dem Aufbau eingesetzt werden kann, wobei jeder Ventilschaft individuell betätigt wird und einen oder mehrere Eingüsse verschließt.
Es wird in Betracht gezogen, dass unter manchen Umständen sowohl ein ventilgesteuertes Eingießen als auch ein thermisches Eingießen in einem einzigen Düsenaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Zum Beispiel kann (können), wie in Fig. 4a gezeigt, wo der Einguss 204 viel kleiner ist als die Eingüsse 200 und 208, ein oder mehrere Eingüsse relativ zu den anderen Eingüssen viel kleiner in dem Düsenaufbau sein, und diese kleineren Eingüsse können thermisch auf eine herkömmliche Weise geschlossen werden, während größere Eingüsse, wie zum Beispiel die Eingüsse 200 und 208 ventilgesteuert verschlossen werden können.

Claims

1. Verfahren des Mehrkomponenten-Spritzens von mindestens zwei verschiedenen Kunststoffmaterialien, um einen Artikel mit angrenzenden Abschnitten der verschiedenen Kunststoffmaterialien unter Verwendung einer Spritzgussmaschine mit Heißkanaldüse mit einem separaten Kanal (70, 80; 63, 90) für jedes Material zu formen, wobei ein Ende jedes Kanals (80, 90) mit einem separaten Einguss (76b, 76a) in Verbindung steht, um eine Spritzgussform zu speisen, wobei das Verfahren aufweist:

(i) Erwärmen der Kunststoffmaterialien in ihren separaten Kanälen oder Lagerbereichen;

(ii) Spritzen einer ausgewählten Menge eines ersten Kunststoffmaterials aus einem ersten Kanal (90) durch einen ersten Einguss (76a) in die Spritzgussform;

(iii) Spritzen einer ausgewählten Menge eines zweiten Kunststoffmaterials aus einem zweiten Kanal (80) durch einen zweiten Einguss (76b) in die Spritzgussform, wobei der zweite Einguss von dem ersten Einguss durch eine Eingusstrenneinrichtung (86) getrennt ist;

(iv) Bewegen eines Ventilschafts (83) nach vorne, um jeden der Eingüsse (76a, 76b) zu schließen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Artikel ein mehrlagiges Spritzprodukt ist, wobei die angrenzenden Abschnitte der verschiedenen Kunststoffmaterialien verschiedene Lagen des genannten mehrlagigen Spritzproduktes sind, und wobei die Schritte (ii) und (iii) nacheinander durchgeführt werden, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Verhinderns eines weiteren Flusses von Material aus dem ersten Kanal nach dem Schritt (ii) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner aufweisend den Schritt, zwischen dem Schritt (iii) und dem Schritt (iv), des Spritzens einer ausgewählten Menge eines dritten Materials, wobei das dritte Material ausgewählt ist aus einem des ersten Kunststoffmaterials und irgendeines anderen Kunststoffmaterials, wobei das dritte Material von seinem jeweiligen Kanal über seinen jeweiligen Einguss eingespritzt wird, wobei der jeweilige Einguss über die Eingusstrenneinrichtung von dem zweiten Einguss getrennt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das dritte Material das erste Material ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein fünflagiges Spritzteil aus zwei Materialien gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, in dem das erste Material Polyethylenteraphthalat (PET) und das zweite Material EVOH ist.

7. Verfahren nach Anspruch 3, in dem eines der ersten, zweiten und dritten Kunststoffmaterialien ein aufgeschäumtes Material ist.

8. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das zweite Kunststoffmaterial ein aufgeschäumtes thermoplastisches Kernmaterial ist und wobei das erste Kunststoffmaterial in die Form gespritzt wird, um die Außenlage des Endartikels zu bilden, und das zweite Kunststoffmaterial in die Form gespritzt wird, um einen Artikel mit aufgeschäumtem Kern zu bilden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend den Schritt des Einspritzens des ersten Kunststoffmaterials in die Form, um eine Lage zu bilden und das aufgeschäumte Material an dem Einguss abzuschließen und den Endartikel zu bilden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Eingusstrenneinrichtung einen Vorsprung (86) zum Eingriff mit dem Ventilschaft (83) aufweist, um eine seitliche Ablenkung des Ventilschafts (86) zu behindern.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte (ii) und (iii) gleichzeitig ausgeführt werden, wobei das Verfahren ferner den Schritt, vor dem Schritt (iv), des Einspritzens einer abgemessenen Menge eines Kunststoffmaterials in die Spritzform aus seinem jeweiligen individuellen Kanal durch seinen jeweiligen Einguss aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner aufweisend den Schritt, zwischen den Schritten (iii) und (iv), des Spritzens einer ausgewählten Menge eines dritten Materials, wobei das dritte Material mindestens eines des ersten Materials und irgendeines anderen Materials aufweist, wobei das dritte Material aus seinem jeweiligen Kanal und seinem jeweiligen Einguss in die Spritzform gespritzt wird.

13. Verfahren des Mehrkomponenten-Spritzens von mindestens zwei verschiedenen Kunststoffmaterialien, um ein mehrlagiges Spritzprodukt unter Verwendung einer Spritzgussmaschine mit Heißkanaldüse mit einem separaten Kanal für jedes Material zu formen, wobei ein Ausgang jedes Kanals mit einem jeweiligen separaten Einguss in Verbindung steht, um eine Spritzgussform zu speisen, wobei das Verfahren aufweist:

(i) Erwärmen der Kunststoffmaterialien in ihren separaten Kanälen

(ii) Spritzen einer ausgewählten Menge eines ersten Kunststoffmaterials aus einem ersten Kanal durch einen ersten Einguss in die Spritzgussform und Behindern des weiteren Flusses von Material aus dem ersten Kanal;

(iii) Spritzen einer ausgewählten Menge eines zweiten Materials aus einem zweiten Kanal durch einen zweiten Einguss in die Spritzgussform, wobei der zweite Einguss von dem ersten Einguss durch eine Eingusstrenneinrichtung getrennt ist, die einen Vorsprung aufweist, der mit einem Ventilschaft in Eingriff ist, um den Ventilschaft zu stützen; und

(iv) Bewegen des Ventilschafts, um mindestens einen der Eingüsse zu schließen, wobei jeder Einguss, der nicht durch den Ventilschaft geschlossen ist, durch eine thermischen Absperrung verschlossen wird, um den Fluss von Kunststoff in die Form zu behindern.

14. Eine Spritzgussvorrichtung mit Heißkanaldüse zum Mehrkomponenten- Spritzen von mindestens zwei Kunststoffmaterialien in eine Spritzform zum Bilden eines Artikels mit angrenzenden Abschnitten der verschiedenen Kunststoffmaterialien, aufweisend:

einen getrennten Kanal (70, 80; 63, 90) für jeden der mindestens zwei Kunststoffmaterialien;

eine separate Heizeinrichtung (52, 66) für jeden der separaten Kanäle (70, 80; 63, 90);

einen separaten Einguss (76b, 76a) für jedes der mindestens zwei Kunststoffmaterialien, wobei jeder der Eingüsse mit einem entsprechenden der separaten Kanäle in Verbindung steht;

eine Eingusstrenneinrichtung (86), um jeden separaten Einguss von dem anderen separaten Einguss zu trennen, wobei die Eingusstrenneinrichtung zum Verhindern des Vermischens der verschiedenen Kunststoffmaterialien vor dem Austritt an den Eingüssen vorgesehen ist, und einen Ventilschaft (83), der zwischen einer ersten Position, wo jeder separate Einguss geöffnet ist, und einer zweiten Position, wo jeder separate Einguss geschlossen ist, bewegbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Eingusstrenneinrichtung (86) mit einem Abschnitt des Ventilschafts (83) in Eingriff steht, um dessen Ablenkung zu behindern.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, in dem die formende Form eine Spritzform ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, ferner umfassend:

ein Mittel zum Extrudieren einer Haut des ersten Kunststoffmaterials; und

ein Mittel zum Vorsehen eines aufgeschäumten Inneren des zweiten Kunststoffmaterials innerhalb des Hautmaterials, um einen Schaumkern zu bilden.

18. Spritzgussvorrichtung mit Heißkanaldüse zum Mehrkomponenten-Spritzen von mindestens zwei verschiedenen Kunststoffmaterialien durch separate Kanäle (70, 80; 63, 90), um einen Artikel mit angrenzenden Abschnitten der verschiedenen Kunststoffmaterialien zu bilden, wobei jeder separate Kanal unabhängig erwärmt wird und ein Ende in Verbindung mit einem jeweiligen separaten Eingusseingang (76b, 76a) in eine formende Form, eine Eingusstrenneinrichtung (86), um das Vermischen der verschiedenen Kunststoffmaterialien vor dem Austritt an den Eingüssen (76b, 76a) zu verhindern, und einen Ventilschaft (83) aufweist, der sich längs bewegen kann, um den Fluss der verschiedenen Kunststoffmaterialien durch die Eingüsse (76b, 76a) zu erlauben und zu verhindern, wobei die Eingusstrenneinrichtung (86) in einen Abschnitt des Ventils (83) eingreift, um dessen seitliche Ablenkung zu behindern.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der Artikel ein mehrlagiges Spritzprodukt ist, wobei die angrenzenden Abschnitte der verschiedenen Kunststoffmaterialien verschiedene Schichten des mehrlagigen Spritzprodukts sind.